Bài 9 phương pháp chuẩn độ điện thế tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các l...
67 Bài 9 PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ I. NGUYÊN TẮC Phương pháp chuẩn độ điện thế là phương pháp phân tích thể tích nhưng khác phương pháp hóa học ở cách xác đònh điểm tương đương: - Dùng một máy đo điện với cặp điện cực thích hợp nhúng vào dung dòch cần chuẩn độ. - Thực hiện quá trình chuẩn độ và ghi nhận sự thay đổi của thế E hoặc pH của dung dòch trong quá trình chuẩn độ. - Từ số liệu E = f(V) hay pH = f(V) ghi nhận được có thể xác đònh thể tích V tđ của dung dòch chuẩn theo nhiều cách. Ưu điểm của phương pháp chuẩn độ điện thế so với phương pháp hóa học: - Độ nhạy cao, có thể đến 10 −5 M. - Chuẩn độ được những dung dòch mẫu có màu. - Chuẩn độ được cho những trường hợp không có chất chỉ thò màu. - Chuẩn độ được cho những trường hợp dung dòch chứa nhiều cấu tử. II. CÁCH THỰC HIỆN 1. Sơ đồ mạch của hệ thống máy đo và dung dòch phân tích Máy đo điện thường được mắc xung đối với: (V) Volt kế (G) Điện kế (K) Ngắt điện (R) Điện trở Quy ước : Điện cực chỉ thò nối với anod và điện cực chuẩn nối với catod của mạch ngoài và : E đo = E chỉthò − E chuẩn - + A G R K Điện cực chuẩn Điện cực chỉ thò V Cặp điện cực X C 68 2. Điện cực và cách chọn điện cực Máy đo điện thường gồm 2 điện cực: 2.1 Điện cực chuẩn hay điện cực so sánh Là điện cực có thế không đổi trong quá trình chuẩn độ, thông dụng nhất là điện cực calomel. Cấu tạo: một dây platin nhúng trong hỗn hợp (Hg+Hg 2 Cl 2 ) và tiếp xúc với dung dòch dẫn điện bằng một dung dòch điện ly KCl hay HCl có nồng độ xác đònh: - Nếu KCl là dung dòch bão hòa ⇒ điện cực calomel bão hòa (E = 0,247 V ở 25 o C) - Nếu KCl có nồng độ 1N ⇒ điện cực calomel nguyên chuẩn (E = 0,284 V ở 25 o C) Điện cực calomel chứa Hg nên có khả năng gây ô nhiễm môi trường và vì vậy càng ngày chúng càng ít được sử dụng (được thay thế bằng các điện cực chuẩn Ag/AgCl). 2.2 Điện cực chỉ thò Là điện cực có thế thay đổi theo nồng độ của một ion nào đó trong dung dòch phân tích. Có nhiều loại điện cực chỉ thò khác nhau: - Điện cực kim loại trơ (Pt, Au, C, ): chỉ đóng vai trò trao đổi điện tử với dung dòch (dùng trong các phản ứng oxy hóa-khử) - Điện cực kim loại không trơ (Ag, Cu, Pb, Zn, Fe…): điện cực có khả năng trao đổi điện tử với dung dòch chứa cation của kim loại tương ứng, thường dùng cho quá trình chuẩn độ tạo tủa (hoặc tạo phức). - Điện cực màng thủy tinh: là điện cực có màng thủy tinh đặc biệt có khả năng trao đổi [H + ] với dung dòch, cấu tạo bởi một dây Pt nhúng trong dung dòch HCl chứa trong một bầu thủy tinh đặc biệt và mỏng. Thế của điện cực phụ thuộc vào nồng độ [H + ] trong dung dòch được xác đònh bằng biểu thức : E = k − 0,059.pH k là một hằng số Khi tiến hành chuẩn độ, phải chọn điện cực chỉ thò phù hợp với cân bằng chuẩn độ : Phản ứng chuẩn độ Điện cực chỉ thò Điện cực so sánh Acid-baz Màng thủy tinh; Hydro Calomel hay Ag/AgCl Oxy hóa-khử Kim loại trơ (Pl, Au…) -nt- Tạo tủa Kim loại không trơ -nt- Tạo phức -Kim loại không trơ -Điện cực đặc biệt dùng cho chuẩn độ phức chất -nt- III. CÁCH XÁC ĐỊNH ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG Lập bảng biến thiên của pH hay E thay đổi theo thể tích dung dòch chuẩn đã sử dụng trong quá trình chuẩn độ. 1. Phương pháp đồ thò Từ bảng biến thiên của E đo hoặc pH theo V C có thể xác đònh được V tđ bằng 3 PP đồ thò: 69 - Vẽ E=f(V) hay pH =f (V) và tìm V tđ bằng phương pháp hình bình hành. - Vẽ V E ∆ ∆ hay V pH ∆ ∆ theo V C và tìm V tđ bằng cách tìm cực trò và dóng từ cực trò xuống trục hoành. - Vẽ ∆ ( V E ∆ ∆ ) hay ∆ ( V pH ∆ ∆ ) theo V C và tìm V tđ bằng cách tìm điểm uốn và dóng từ điểm uốn xuống trục hoành. 2. Phương pháp nội suy Các cách xác đònh điểm tương đương theo PP đồ thò : a) dựa vào dường tích phân (PP hình bình hành). b) dựa vào đường vi phân bậc một; c) dựa vào đường vi phân bậc hai. E V V tđ E ( a ) V ∆ ∆Ε V V tđ ( b ) a b V 1 V tđ V 2 (c) )( V E ∆ ∆ ∆ 70 - Từ đồ thò thứ ba (vẽõ ∆ ( V E ∆ ∆ ) hay ∆ ( V pH ∆ ∆ ) theo V C ) có thể tìm được V tđ bằng cách suy từ V 1 ( thể tích của V C trước điểm tương đương có ∆ ( V E ∆ ∆ ) hoặc ∆ ( V pH ∆ ∆ )> 0 (hay < 0) hoặc suy từ V 2 (thể tích của V C sau điểm tương đương có ∆ ( V E ∆ ∆ ) hoặc ∆ ( V pH ∆ ∆ )đã bò đổi dấu). - Xem sự thay đổi ∆ ( V E ∆ ∆ ) hoặc ∆ ( V pH ∆ ∆ ) là tuyến tính trong khoảng V 2 – V 1 : (V 2 - V 1 ) làm thay đổi ∆ ( V pH ∆ ∆ ) với ( a + b ) đơn vò . (V tđ - V 1 ) làm thay đổi ∆ ( V pH ∆ ∆ ) với a đơn vò . (V 2 – V tđ ) làm thay đổi ∆ ( V pH ∆ ∆ ) với b đơn vò . Suy ra : V tđ = V 1 + ( V 2 – V 1 ) b a a + hoặc V tđ = V 2 - ( V 2 – V 1 ) b a b + ( a, b được lấy theo giá trò số học ) Để đơn giản có thể bỏ qua ∆V trong ∆ ( V pH ∆ ∆ ) nếu ∆V được giữ bằng hằng số (∆V = 0,10 hoặc 0,05 ml). Ngày nay, việc chuẩn độ theo PP điện thế thường được tiến hành trên các máy chuẩn độ tự động: -Máy tự động hút DD chuẩn vào các buret (5,00; 10,00 hoặc 20,00 ml) ; từ buret, DD chuẩn sẽ được lấy dần vào cốc chứa mẫu. - Máy tự ghi nhận V tđ theo đồ thò tích phân, vi phân bậc một hoặc bậc hai và sẽ trả kết quả xác đònh cấu tử phân tích theo một trong các dạng : V tđ , nồng độ mg/l, nồng độ đương lượng, % chất tan… tùy theo yêu cầu của người sử dụng đã được chương trình hóa. - Các máy chuẩn độ tự động cho phép xác đònh nhanh và chính xác nhờ ∆V ở gần điểm tương đương có thể được khống chế rất bé (có thể đến 0,01 ml ). Độ chọn lọc của PP cũng rất cao nhờ vào việc sử dụng PP vi phân để xác đònh điểm tương đương thay cho PP tích phân. IV. CÁCH TÍNH KẾT QUẢ Sau khi tìm được V tđ bằng một trong các phương pháp nói trên, tính kết quả giống như phương pháp chuẩn độ thông thường. 71 BÀI TẬP 1. 40,00 ml mẫu nước kiềm được chuẩn độ bằng DD HCl 0,100N theo PP chuẩn độ điện thế. Sự thay đổi giá trò pH của DD theo lượng HCl 0,100N sử dụng được ghi nhận như sau: V HCl 0,100N (ml) 0,00 5,00 10,00 12,30 12,40 12,50 12,60 12,70 pH 10,669 10,172 8,520 8,487 8,370 8,250 8,135 8,032 V HCl 0,100N (ml) 20,00 30,00 30,10 30,20 30,30 30,40 35,00 40,00 pH 6,478 4,382 4,146 3,859 3,611 3,430 2,190 1,910 a) Xác đònh thể tích DD HCl 0,100N cần dùng tại các điểm tương đương? Các ion kiềm hiện diện trong DD là các ion nào ? b) Tính nồng độ mol và nồng độ g/L (dưới dạng hợp chất của Na) của từng ion kiềm? 2. Chuẩn độ 20,00 ml mẫu nước kiềm bằng DD HCl 0,050N theo PP chuẩn độ điện thế. Sự thay đổi giá trò pH của DD theo lượng HCl 0,050N sử dụng được ghi nhận như sau: V HCl 0,050N (ml) 0,00 10,00 15,00 18,20 18,30 18,40 18,50 18,60 pH 12,388 11,141 10,105 8,720 8,521 8,282 8,056 7,876 V HCl 0,050N (ml) 25,00 26,80 26,90 27,00 27,10 27,20 30,00 40,00 pH 5,845 4,876 4,697 4,435 4,087 3,788 2,533 1,968 a) Xác đònh thể tích DD HCl 0,050N cần dùng tại các điểm tương đương và sự hiện diện của các ion kiềm trong DD . b) Tính độ kiềm do từng ion kiềm gây ra theo đơn vò ppm CaCO 3 . 3. Xác đònh hàm lượng một mẫu NaOH bò giảm nồng độ do hút ẩm và carbonat hóa bằng phương pháp chuẩn độ điện thế với điện cực chuẩn AgCl có [ Cl – ] = 1,5 M. a) Tính thế của điện cực chuẩn AgCl trên. Ngoài điện cực chuẩn đã cho, phải dùng thêm điện cực chỉ thò nào để thực hiện phép chuẩn độ nói trên? b) Cân 0,5350 g mẫu và hòa tan thành 200,0 ml dd. Lấy 25,00 ml DD đem chuẩn độ bằng dung dòch HCl 0,075 N thu được bảng số liệu sau đây: V HCl 0,075N (ml) 0,00 10,00 15,00 19,40 19,50 19,60 19,70 19,80 pH 12,740 12,251 11,797 9,407 8,925 7,701 7,212 6,951 V HCl 0,075N (ml) 20,00 20,60 20,70 20,80 20,90 21,00 25,00 30,00 72 pH 6,600 5,563 5,303 4,523 3,743 3,483 2,201 1,902 Tính % NaOH trong mẫu khảo sát và % Na 2 CO 3 , % ẩm đã bò NaOH hút vào. . 67 Bài 9 PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ ĐIỆN THẾ I. NGUYÊN TẮC Phương pháp chuẩn độ điện thế là phương pháp phân tích thể tích nhưng khác phương pháp hóa học ở cách xác đònh điểm tương đương: -. dòch chuẩn theo nhiều cách. Ưu điểm của phương pháp chuẩn độ điện thế so với phương pháp hóa học: - Độ nhạy cao, có thể đến 10 −5 M. - Chuẩn độ được những dung dòch mẫu có màu. - Chuẩn độ. các phương pháp nói trên, tính kết quả giống như phương pháp chuẩn độ thông thường. 71 BÀI TẬP 1. 40,00 ml mẫu nước kiềm được chuẩn độ bằng DD HCl 0,100N theo PP chuẩn độ điện thế.